魏 芹

中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)江蘇有限公司宿遷分公司

0 引言

當(dāng)前，隨著國(guó)內(nèi)5G 網(wǎng)絡(luò)的全面建設(shè)，5G 語(yǔ)音業(yè)務(wù)快速發(fā)展，通信業(yè)界對(duì)此高度關(guān)注，紛紛開(kāi)展深入研究。VoNR（Voice over NR）實(shí)際商用部署涉及面廣泛，應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜多變，在部署新網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)還要兼顧現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的狀況。本研究從實(shí)際商用角度出發(fā)，針對(duì)VoNR 語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)商業(yè)部署的方案選擇、面臨的問(wèn)題進(jìn)行分析，總結(jié)行之有效的解決方案，希望能夠?yàn)?GVoNR 語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供有益的借鑒。

1 VoNR 引入和方案選擇

1.1 5G 語(yǔ)音引入

3GPP 在2018 年6 月凍結(jié)的SA 標(biāo)準(zhǔn)中，協(xié)議規(guī)定5G SAOption 2 是一種基于服務(wù)化架構(gòu)的獨(dú)立建設(shè)方案。至此，3GPP R15 標(biāo)準(zhǔn)已完全滿(mǎn)足5G NSA、SA 組網(wǎng)的基礎(chǔ)語(yǔ)音和短信的商用需求。2020 年3 月，3GPP R16 凍結(jié)并繼續(xù)拓寬服務(wù)化架構(gòu)，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)類(lèi)應(yīng)用需求，對(duì)IMS 架構(gòu)及部分相關(guān)接口進(jìn)行增強(qiáng)，重點(diǎn)關(guān)注實(shí)現(xiàn)行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景下的IMS 增強(qiáng)類(lèi)型需求，對(duì)普通用戶(hù)之間的語(yǔ)音和短信業(yè)務(wù)流程的改動(dòng)不大。因此，語(yǔ)音和短信方案的部署依然基于3GPP R15 協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)。

VoNR 是NR 網(wǎng)絡(luò)中語(yǔ)音業(yè)務(wù)的解決方案，是一種建立在IP 網(wǎng)絡(luò)之上的UE 和IMS 之間的語(yǔ)音會(huì)話(huà)，主叫和被叫可以利用該技術(shù)在NR 分組域網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音業(yè)務(wù)。其核心業(yè)務(wù)控制網(wǎng)絡(luò)為IMS 網(wǎng)絡(luò)，配合NR-RAN 及5GC，從而實(shí)現(xiàn)端到端的基于分組域的語(yǔ)音及視頻通信業(yè)務(wù)。

1.2 VoNR 業(yè)務(wù)特點(diǎn)

VoNR 和EPS Fallback 共用一套IMS 架構(gòu)，EPC/LTE 和5GC/NR 分別作為分組語(yǔ)音的承載。初期NR 覆蓋不好的時(shí)候，通過(guò)VoLTE 實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音業(yè)務(wù)，NR 覆蓋逐步完善后，可以平滑演進(jìn)為VoNR。VoNR 業(yè)務(wù)的特點(diǎn)如下：（1）語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)均承載在NR 網(wǎng)絡(luò)，LTE 網(wǎng)絡(luò)非必需；（2）呼叫建立時(shí)延更短，約1.2s～2.0s；（3）結(jié)合5GC，沉浸式/交互式/開(kāi)放式VoNR 為未來(lái)帶來(lái)更多業(yè)務(wù)模式。

1.3 5G 語(yǔ)音方案的對(duì)比

1.3.1 EPS Fallback 方案

EPS Fallback 方案實(shí)現(xiàn)機(jī)制與VoLTE 技術(shù)基本相同，部署EPS Fallback 方案，不需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的5G 相關(guān)網(wǎng)元進(jìn)行特殊的改造和對(duì)接，部署成本低。EPS Fallback 呼叫建立時(shí)延比VoLTE 僅增加約400-600 毫秒，實(shí)際檢測(cè)到的用戶(hù)感知能夠接受，二者在用戶(hù)體驗(yàn)方面的差別不明顯，可以保障語(yǔ)音的連續(xù)性，如圖1 所示終端語(yǔ)音業(yè)務(wù)由NR 回落到LTE 承載。

圖1 EPS Fallback 語(yǔ)音方案

1.3.2 VoNR 方案

VoNR 是通過(guò)5G NR 運(yùn)行語(yǔ)音的技術(shù)方案，終端駐留在NR 上，語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都運(yùn)行在5G NR 網(wǎng)絡(luò)上。當(dāng)用戶(hù)移動(dòng)到5G NR 的邊緣覆蓋區(qū)域時(shí)，語(yǔ)音業(yè)務(wù)切換到LTE 上。隨著5G 覆蓋范圍逐步擴(kuò)大實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋，運(yùn)營(yíng)商可直接采用VoNR提供5G語(yǔ)音。VoNR方案的呼叫建立時(shí)間短，僅有1.5秒，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)仍能高速傳輸，且用戶(hù)感知良好，VoNR 是SA 網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音的終極目標(biāo)建設(shè)方案，如圖2 所示，語(yǔ)音業(yè)務(wù)承載在NR網(wǎng)絡(luò)，在覆蓋邊緣切換到LTE 網(wǎng)絡(luò)。

圖2 VoNR 語(yǔ)音方案

1.3.3 VoNR 與EPSFallback 的技術(shù)區(qū)別與優(yōu)勢(shì)

VoNR 語(yǔ)音方案在空口技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)要求、呼叫時(shí)延、編碼方式、VR 應(yīng)用集合、語(yǔ)數(shù)并發(fā)方面，相對(duì)于EPSFallback 技術(shù)更優(yōu)，詳細(xì)參數(shù)對(duì)比如表1 所示。

表1 5G 語(yǔ)音方案對(duì)比

2 VoNR 語(yǔ)音連續(xù)性問(wèn)題研究

語(yǔ)音連續(xù)性是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中語(yǔ)音業(yè)務(wù)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，關(guān)系到用戶(hù)的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。2G/3G 時(shí)代，語(yǔ)音主要由CS 域提供。4G 網(wǎng)絡(luò)中又引入了一種新的基于LTE 的IP 語(yǔ)音——VoLTE，與傳統(tǒng)的CS 語(yǔ)音并存。為了解決VoLTE 到CS 語(yǔ)音之間切換的連續(xù)性問(wèn)題，3GPP 提出了一系列的SRVCC 解決方案，滿(mǎn)足不同場(chǎng)景的語(yǔ)音切換要求，優(yōu)化切換時(shí)延，提高用戶(hù)體驗(yàn)。

到了5G 時(shí)代，語(yǔ)音同樣是5G 網(wǎng)絡(luò)中的一項(xiàng)基本業(yè)務(wù)。為此，3GPP 針對(duì)5G SA 架構(gòu)的不同場(chǎng)景，提出了多種語(yǔ)音解決方案，包括VoLTE、EPS Fallback、VoNR 等，這些都是基于IMS 提供的語(yǔ)音業(yè)務(wù)。運(yùn)營(yíng)商在實(shí)際部署時(shí)，如果采用5G 網(wǎng)絡(luò)承載語(yǔ)音，必然面臨和現(xiàn)網(wǎng)已有的VoLTE 或CS 語(yǔ)音并存的現(xiàn)象，因此如何保證5G 到4G 切換的語(yǔ)音連續(xù)性，也是運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的重點(diǎn)，本研究針對(duì)VoNR 的連續(xù)性策略部署進(jìn)行研究，輸出相應(yīng)方案。

2.1 VoNR 的語(yǔ)音連續(xù)性

在5G 部署中后期，5GNR 連續(xù)覆蓋，采用5G NR 承載語(yǔ)音，用戶(hù)體驗(yàn)更好，所以VoNR 是5G 語(yǔ)音的終極解決方案。但是在5GNR 覆蓋的邊緣，也要考慮切換4G 的語(yǔ)音連續(xù)性。

4G 現(xiàn)網(wǎng)支持VoLTE，VoNR 在5G NR 覆蓋邊緣可以平滑切換到4G eNB 上變成VoLTE，這就是VoNR Handover 流程。VoNR Handover 流程涉及5G 和4G 之間的互操作，此時(shí)5GC與EPC 之間是否開(kāi)啟N26 接口，對(duì)切換時(shí)的語(yǔ)音體驗(yàn)有較大影響。如果采用N26 接口互操作，在切換過(guò)程中5GC 和EPC通過(guò)N26 接口完成切換及上下文信息交互，保證會(huì)話(huà)的連續(xù)性（中斷時(shí)延大約350 ms）；如果EPC 不支持N26 接口，發(fā)生切換時(shí)終端需要重新附著接入4G 網(wǎng)絡(luò)，這會(huì)導(dǎo)致語(yǔ)音有明顯中斷（時(shí)長(zhǎng)大約1600 ms），用戶(hù)體驗(yàn)較差，所以在商用部署時(shí)建議現(xiàn)網(wǎng)EPC 升級(jí)支持N26 接口與5GC 互操作。

當(dāng)語(yǔ)音從VoNR 切換到VoLTE 后，如果移動(dòng)到4G 信號(hào)覆蓋不好的區(qū)域，會(huì)觸發(fā)SRVCC 流程到2G/3G，不過(guò)這種5G-＞4G-＞2G/3G 兩次切換的語(yǔ)音體驗(yàn)用戶(hù)感知較差，因此采用VoNR 也要求4G 網(wǎng)絡(luò)有足夠的覆蓋，避免語(yǔ)音再次切換到

2G/3G。

2.2 切換后終端的快速返回

在發(fā)生5GSRVCC 時(shí)，通常情況下數(shù)據(jù)會(huì)隨語(yǔ)音一同回落，所以在通話(huà)結(jié)束后，應(yīng)采取措施讓終端盡快返回5G，以免對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響。如果當(dāng)前區(qū)域沒(méi)有5G 覆蓋，終端繼續(xù)保持當(dāng)前的接入狀態(tài)；如果當(dāng)前區(qū)域有5G 覆蓋，終端快速返回5G 的機(jī)制如下：

終端從4G 返回分兩種狀態(tài)：如果處于idle 態(tài)，重定向返回5G；如果處于連接態(tài)，可以利用現(xiàn)有的RFSP（Index to RAT/Frequency Selection Priority）機(jī)制獲取5G 頻點(diǎn)。具體流程如下：（1）UE 的簽約RFSP 中，5G 的優(yōu)先級(jí)高，該簽約數(shù)據(jù)發(fā)給MME；（2）MME 把簽約RFSP 發(fā)給eNB（eNB 也可能利用本地的RFSP 策略）；（3）eNB 在RRC release 的時(shí)候，會(huì)把idle mode 駐留頻率優(yōu)先級(jí)發(fā)給UE，其中5G 的頻率優(yōu)先級(jí)最高；（4）UE 在idlemode 重選到5G。

3 影響VoNR 語(yǔ)音質(zhì)量的因素

3.1 覆蓋質(zhì)量

5G 深度覆蓋不足，內(nèi)外部干擾影響網(wǎng)絡(luò)性能：（1）部分場(chǎng)景宏覆蓋存在不足，存在深度覆蓋問(wèn)題，如居民區(qū)等場(chǎng)景，通過(guò)5G 室分、微站解決，同時(shí)考慮兼顧4/5G；（2）CBD、寫(xiě)字樓等重點(diǎn)場(chǎng)景需要部署5G，需要合理升級(jí)/建設(shè)Qcell 等專(zhuān)門(mén)室分覆蓋，提供高速體驗(yàn)；（3）關(guān)注樓宇垂直覆蓋，當(dāng)前階段關(guān)注點(diǎn)在道路覆蓋，2022 年用戶(hù)增長(zhǎng)迅速，需要關(guān)注通過(guò)宏站多層天線權(quán)值調(diào)整等手段解決部分樓宇覆蓋需求；（4）700M 引入后的精準(zhǔn)評(píng)估，700M 引入后，能夠解決部分深度覆蓋問(wèn)題，對(duì)于部分高價(jià)值場(chǎng)景及700M 仍不能解決的場(chǎng)景需要精準(zhǔn)識(shí)別和對(duì)待；（5）外部干擾影響用戶(hù)感知，干擾造成基站有效覆蓋收縮，對(duì)感知造成影響，受限廣電清頻進(jìn)度，700M 網(wǎng)絡(luò)可能長(zhǎng)期在干擾環(huán)境工作，對(duì)VoNR 感知造成嚴(yán)重威脅；（6）5G 宏微組網(wǎng)典型干擾影響用戶(hù)感知，5G 時(shí)代室內(nèi)外均采用同頻組網(wǎng)方式，不可避免引入頻率碰撞和上下行干擾，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降，宏站微協(xié)同實(shí)現(xiàn)干擾抑制，對(duì)站間傳輸要求高，宏微功率等關(guān)鍵參數(shù)差異大，實(shí)現(xiàn)難度大。

3.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

（1）700M 頻段的引入讓現(xiàn)網(wǎng)變得頻段更復(fù)雜，一方面由于目前700M 干擾仍然較強(qiáng)，需要制定干擾隔離、避讓等抑制手段；另一方面，需要制定基于感知和流量的700M 互操作參數(shù)、城區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同場(chǎng)景的700M 鄰區(qū)規(guī)劃原則。而由于700M 頻段低、覆蓋范圍更大，會(huì)導(dǎo)致4G 鄰區(qū)的同頻同PCI問(wèn)題更嚴(yán)重，切換感知差。

（2）2.6G 和700M 兩個(gè)頻段的VoNR 商用節(jié)奏可能有差異，這是由于700M 干擾問(wèn)題，可能延遲該頻段VoNR 商用進(jìn)度。目前2.6G 頻段VONR 語(yǔ)音不建議遷移至700M 網(wǎng)絡(luò)，后續(xù)700M 干擾消退后需考慮兩個(gè)頻段之間的語(yǔ)音策略。

（3）5G 語(yǔ)音互操作策略?xún)?yōu)化復(fù)雜，從EPS FB 單策略到VoNR+EPS FB 共存，現(xiàn)網(wǎng)基于EPS FB 的互操作策略和鄰區(qū)原則需要進(jìn)一步考慮VoNR 策略，使得優(yōu)化難度增加；SA 用戶(hù)從VoLTE向VoNR切換，則需要基于現(xiàn)網(wǎng)用戶(hù)感知進(jìn)行調(diào)整。

（4）4G 多頻段網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化難度大，以短期來(lái)看VoLTE 仍是語(yǔ)音承載主要方式，4G 現(xiàn)網(wǎng)結(jié)構(gòu)有6 頻段13 頻點(diǎn)組成，多頻段多制式互操作策略復(fù)雜，業(yè)務(wù)均衡難度大，4G 資源不足但負(fù)荷仍在增加，影響現(xiàn)網(wǎng)語(yǔ)音感知。

4 VoNR 語(yǔ)音策略部署

從以上分析可以看出，當(dāng)前5G 網(wǎng)絡(luò)仍處于發(fā)展階段，網(wǎng)絡(luò)覆蓋和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量仍是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的首要任務(wù)。當(dāng)前VoNR 網(wǎng)絡(luò)部署亟需解決以下兩點(diǎn)問(wèn)題：（1）起呼階段：5G 弱覆蓋區(qū)域，依托4G網(wǎng)絡(luò)良好的覆蓋，采用原有EPSFallback回落方式起呼，保障語(yǔ)音呼叫成功率；（2）呼叫階段：已完成VoNR 起呼的用戶(hù)在移動(dòng)至5G 弱覆蓋區(qū)域時(shí)，可完成向4G 的異系統(tǒng)切換，確保通話(huà)的連續(xù)性及通話(huà)質(zhì)量的穩(wěn)定性。

4.1 呼叫優(yōu)選策略

策略原理：（1）UE 進(jìn)行VoNR 呼叫時(shí)，若UE 處于弱場(chǎng)，基站給核心網(wǎng)回復(fù)Pdusession 建立失敗，失敗的原因值為IMSvoice EPS fallbackor RAT fallbacktriggered，之后UEEPSFB回落4G 建立通話(huà)；（2）識(shí)別NR 弱場(chǎng)，上行基于路損，下行基于A1/A2 的RSRP 和SINR 空閑態(tài)起呼網(wǎng)絡(luò)第一次重配下發(fā)弱場(chǎng)檢測(cè)A2，收到弱場(chǎng)測(cè)量報(bào)告后觸發(fā)弱場(chǎng)策略，連接態(tài)交替下發(fā)弱場(chǎng)A1/A2 判決；（3）弱場(chǎng)語(yǔ)音策略，禁止VoNR呼叫，起呼采用EPSFallback 方式。

語(yǔ)音優(yōu)選策略參數(shù)如表2 所示。

表2 語(yǔ)音優(yōu)選策略參數(shù)

4.2 基于語(yǔ)音質(zhì)量切換

功能原理：

基于語(yǔ)音質(zhì)量切換是指基站實(shí)時(shí)監(jiān)控終端語(yǔ)音質(zhì)量，終端在無(wú)線環(huán)境尚未達(dá)到互操作門(mén)限時(shí)，如果語(yǔ)音質(zhì)量變差則下發(fā)異頻異系統(tǒng)測(cè)量，如果達(dá)到切換門(mén)限則切換至目標(biāo)小區(qū)保障語(yǔ)音質(zhì)量，該功能主要用于弱覆蓋、高干擾以及下行質(zhì)差等場(chǎng)景，用于改善語(yǔ)音質(zhì)量。

網(wǎng)絡(luò)側(cè)根據(jù)VoNR 上下行RTP 丟包率來(lái)判斷語(yǔ)音用戶(hù)感知，如果RTP 丟包率在連續(xù)N 個(gè)周期T 內(nèi)滿(mǎn)足丟包率門(mén)限L，則觸發(fā)語(yǔ)音質(zhì)切測(cè)控消息，其中N、T、L 門(mén)限可配置。

如果同時(shí)開(kāi)啟異頻異系統(tǒng)質(zhì)切，在滿(mǎn)足質(zhì)差門(mén)限時(shí)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)會(huì)同時(shí)下發(fā)異頻和異系統(tǒng)測(cè)控，NR 異頻測(cè)量頻點(diǎn)measID排在4G 異系統(tǒng)頻點(diǎn)前面，確保優(yōu)先觸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)切；在下發(fā)測(cè)控后，如果語(yǔ)音質(zhì)量變好，網(wǎng)絡(luò)側(cè)會(huì)刪除質(zhì)切相關(guān)測(cè)控，繼續(xù)監(jiān)控語(yǔ)音質(zhì)量。

語(yǔ)音質(zhì)量切換參數(shù)如表3 所示。

表3 語(yǔ)音質(zhì)量切換參數(shù)

4.3 VoNR 策略部署成效

現(xiàn)網(wǎng)針對(duì)城區(qū)部署VoNR 連續(xù)性策略后，測(cè)試性能指標(biāo)表現(xiàn)較為穩(wěn)定，如表4 所示。

表4 策略部署驗(yàn)證效果

5 VoNR 語(yǔ)音方案的部署建議

現(xiàn)階段保證VoNR 語(yǔ)音連續(xù)性的方案主要從起呼階段和呼叫階段入手。目前的兩種部署策略：呼叫優(yōu)選和5G 質(zhì)差切換到4G。運(yùn)營(yíng)商可根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展特征、設(shè)備的生命周期和維護(hù)狀況，選擇最適宜的策略。在城區(qū)NR 已實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋但居民區(qū)未部署室分建設(shè)的場(chǎng)景以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)未實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋的場(chǎng)景，建議部署呼叫優(yōu)選策略；在未實(shí)現(xiàn)廣電清頻的700M 網(wǎng)絡(luò)及2.6G 干擾場(chǎng)景，建議部署5G 質(zhì)差切換到4G 策略。

總體來(lái)說(shuō)，SA 網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音部署是一個(gè)“邊測(cè)試、邊開(kāi)發(fā)、邊完善，邊建設(shè)”的過(guò)程，要在實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并深入開(kāi)展研究，才能切實(shí)解決問(wèn)題，進(jìn)而找到最優(yōu)發(fā)展路徑。待VoNR 語(yǔ)音業(yè)務(wù)進(jìn)入成熟應(yīng)用階段后，5GNR 實(shí)現(xiàn)了廣域覆蓋，IMS 完全支持SBA 服務(wù)化架構(gòu)，VoNR 可以按需切片滿(mǎn)足垂直行業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景，用戶(hù)在5GNR 邊緣覆蓋區(qū)域則切換到4G 網(wǎng)絡(luò)，確保語(yǔ)音連續(xù)不中斷。

6 結(jié)束語(yǔ)

與以往通信制式不同的是，5G 網(wǎng)絡(luò)引入了SBA 服務(wù)化架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)切片、SBI 服務(wù)化接口等一系列新特性。這些特性能夠提升網(wǎng)絡(luò)利用效率，加快5G 語(yǔ)音業(yè)務(wù)創(chuàng)新，簡(jiǎn)化運(yùn)維。5G VoNR 語(yǔ)音的部署并不能一蹴而就，還有非3GPP 接入、計(jì)費(fèi)融合、語(yǔ)音切片、能力開(kāi)放等諸多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題需要逐步分析和解決，并在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署和問(wèn)題分析中充分探討，才能找到最為適合的解決思路。同時(shí)還需要結(jié)合運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)、業(yè)務(wù)的發(fā)展方向、網(wǎng)絡(luò)未來(lái)的演進(jìn)趨勢(shì)等多方面因素，切實(shí)做好VoNR 語(yǔ)音業(yè)務(wù)的開(kāi)展。